Мышам внедрили микрочип для контроля насыщения тканей кислородом

Американские ученые создали беспроводной вживляемый микрочип для контроля насыщения тканей кислородом и протестировали его на образцах искусственной крови, а также на мозге спящих и бодрствующих грызунов. Микрочип, как утверждают авторы статьи, «опубликованной»http://advances.sciencemag.org/content/5/3/eaaw0873 в Science Advances, будет очень полезен в биологических исследованиях для локального мониторинга биохимических процессов с участием кислорода в поверхностных и глубоких тканях животных без анестезии.

Насыщение областей тканей кислородом отражает баланс между поступающим и необходимым количеством кислорода, что напрямую связано с физиологическими и патологическими процессами в организме. Для нормального функционирования организма необходимо, чтобы с кислородом было связано не меньше 96 процентов гемоглобина. Неинвазивно показатель насыщения определяют пульсоксиметрией, однако точность и применимость этого метода для разных тканей ограничена.

Хао Чжан (Hao Zhang) с коллегами из Северо-западного университета создали маленький (площадью около одного квадратного сантиметра и весом около 80 миллиграммов) вживляемый беспроводной оксигемометр, способный локально определять уровень насыщения тканей кислородом.

chip1.pngФотографии и принципиальная схема подкожного микрочипа / Hao Zhang et al., / Science Advances, 2019

Чип состоит из нитевидного измерительного зонда, соединенного с небольшим электронным модулем. Сенсорная игла сделана из чувствительных оптоэлектронных компонентов — двух неорганических микродиодов, которые испускают свет определенной длины волны (красный и зеленый), и микрофотодетектора между диодами, который регистрирует интенсивность прошедшего через ткань света. Электронный модуль накапливает и с помощью инфракрасного излучения передает информацию. Его работу обеспечивает резонансный трансформатор, связанный со внешней антенной, а передачей данных управляет микроконтроллер. Фотометрическое детектирование происходит в игле, обработка аналитического сигнала — в электронном модуле, который затем с высокой эффективностью (благодаря хорошей способности биологических тканей пропускать инфракрасный свет) передает данные на персональный компьютер.

Анализ основывался на разнице оптических свойств свободного и связанного с кислородом гемоглобина и позволил количественно определить локальные изменения их концентраций. Полученное соотношение концентрации связанного к сумме концентраций связанного и свободного гемоглобина отражает насыщение крови кислородом в малых объемах тканей, которое определяют по отношению интенсивностей попавшего на фотодетектор и излучаемого диодами света на конце вживляемой нити.

Авторы работы успешно и с высокой чувствительностью определили уровень насыщения кислородом в искусственных образцах крови, мозге спящих и бодрствующих грызунов. С увеличением концентрации кислорода в крови (или камере с мышами), росла и концентрация связанного гемоглобина. Механические повреждения мозга грызунов были минимальны и не оказали влияния на их поведение.

chip2.pngМодель операции по введению микрочипа крысам / Hao Zhang et al., / Science Advances, 2019

chip3.pngФотографии свободно передвигающихся мышей с имплантированным в мозг чипом / Hao Zhang et al., / Science Advances, 2019

По словам авторов, этот чип можно использовать как для продолжительного мониторинга периферических тканей, так и в интересующих частях мозга в состояниях анестезии или бодрствования, свободно передвигающихся животных. Подобные устройства позволят изучать локальные процессы с участием кислорода в тканях живых существ без анестезии для биомедицинских исследований и в медицинской практике.

Локально отслеживать уровень насыщения кислородом в тканях также можно с использованием флуоресцирующих наночастиц. Группа ученых из Германии и Дании создала биосовместимые чернила для 3D-принтера с наночастицами, выполняющими функцию сенсора распределения кислорода в напечатанной ткани.

Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов
Источник(и):

N+1